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c. Metodi  e  tecnologie  innovative  per  la  valutazione  della  vulnerabilità  e  per  la  riduzione  del  rischio  sismico  delle

costruzioni 

i.  Descrizione e motivazione della scelta 

Il recente terremoto dell’Emilia‐Romagna ha focalizzato l’attenzione sulla sicurezza delle strutture  che ospitano attività sia industriali che residenziali. Malgrado in regione sia mediamente buona la  qualità  delle  costruzioni,  rispetto  al  panorama  nazionale,  il  sisma  ha  evidenziato  una  serie  di  criticità  e  di  vulnerabilità  del  patrimonio  costruito,  riconducibili  a  due  problematiche  principali. 

Innanzitutto  il  territorio  non  è  stato  considerato  zona  sismica  fino  a  una  decina  di  anni  fa  [1],  e  molte delle costruzioni sono state realizzate senza criteri antisismici o anche solo quei presidi che  consentono  di  raggiungere  un  certo  livello  di  sicurezza  alle  azioni  orizzontali.  In  secondo  luogo,  tutto  il  comparto  edilizio  costruito  durante  il  boom  economico  degli  anni  ’60  e  ’70  è  risultato  particolarmente  vulnerabile  anche  in  ragione  di  un  degrado  nel  tempo  dei  materiali  utilizzati,  spesso non di qualità pari a quella necessaria. Tali problematiche sono tuttavia comuni a molto del  patrimonio edilizio nazionale. 

Al  fine  di  incrementare  il  livello  di  sicurezza  delle  strutture  costituenti  il  patrimonio  edilizio,  è  necessario sviluppare e impiegare tecniche di indagini conoscitive del patrimonio edilizio, il quale  deve essere  per  l’appunto  compreso  e  salvaguardato  attraverso  la  progettazione di  interventi  di  adeguamento/miglioramento  sismico  [2]  con  l’impiego  di  tecniche  e  tecnologie  innovative  che  consentano di incrementare la capacità delle strutture di rispondere alle possibili azioni sismiche,  sia  frequenti  che  rare,  limitando  i  danni  (nel  caso  di  azioni  lievi)  o  garantendo  la  sicurezza  delle  persone (nel caso di sismi violenti).  

Il  problema  della  sicurezza  si  intreccia  strettamente  con  quello  della  durabilità  delle  costruzioni. 

Come anche stabilito dalle più recenti normative italiane (Norme Tecniche per le Costruzioni 2008  [3], che recepiscono i principi dell’Eurocodice 8 [4]), la vita utile di una costruzione è un parametro  che  entra  direttamente  nella  valutazione  dell’impatto  ambientale  ed  economico  (Life  Cyclic  Assessment  LCA  and  Life  Cyclic  Cost  LCC,  in  particolare  per  la  valutazione  dei  costi  di  manutenzione)  dell’edificio  e  della  sicurezza.  Tale  problema  è  di  grande  importanza  per  il  comparto edilizio tra gli anni ’60 e ’70, in quanto le carenze a livello di materiali portano il livello di  sicurezza  di  tali  costruzioni  prossime  al  livello  di  attenzione  anche  solo  per  carichi  verticali,  e  quindi  potenzialmente  critico  nel  caso  di  sisma.  Divengono  quindi  di  grande  importanza  le  tecnologie  che  consentono  di  intervenire  sull’esistente  per  valutare  lo  stato  di  degrado  di  un  materiale  (calcestruzzo,  acciaio,  muratura),  e  soprattutto  lo  sviluppo  di  nuovi  materiali  che  consentano il recupero e la manutenzione di quelli attualmente in opera. 

ii. Traiettorie di evoluzione 

Fra le metodologie e tecnologie innovative in grado, nei prossimi anni, di incrementare il livello di  sicurezza  del  patrimonio  edilizio  regionale  esistente  e  al  contempo  sviluppare  nuovi  sistemi  costruttivi, si evidenziano: 

1. Metodi semplificati per una valutazione preliminare della vulnerabilità sismica di grossi  patrimoni edilizi. 

2. Metodologie  innovative  per  la  conduzione  di  test  in  situ  su  edifici  esistenti  e  correlazione  dei  risultati  per  la  determinazione  delle  caratteristiche  meccaniche  delle  strutture. 

3. Monitoraggio delle strutture esistenti (quadro fessurativo o stima delle caratteristiche  modali delle strutture). 

4. Studi  per  la  valutazione  dell’efficienza  in  termini  di  durabilità  dei  materiali  da  costruzione. 

5. Tecnologie per il rinforzo e l’adeguamento sismico delle strutture attraverso materiali  innovativi. 

6. Sistemi innovativi per la dissipazione dell’energia e l’attenuazione delle forze sismiche  agenti sulla struttura. 

7. Sviluppo  di  nuovi  sistemi  costruttivi  multifunzione  e  valutazione  della  loro  efficienza  sismica ed energetica in collaborazione con le aziende produttrici. 

Per la valutazione della vulnerabilità sismica di patrimoni edilizi e la corretta gestione delle risorse  economiche, la tendenza a livello nazionale ed europeo (Italia, Turchia, Grecia) è la definizione di  metodi  speditivi,  basati  su  classificazioni  degli  edifici  e  valutazioni  analitiche  limitate,  che  permettano di definire una gerarchia di priorità di edifici che necessitino di uno studio mirato di  vulnerabilità sismica dal quale si evincano le carenze strutturali che devono essere sanate.  

Dopo l’individuazione degli edifici con maggiori carenze strutturali, per poter eseguire una corretta  progettazione  degli  interventi  di  adeguamento  sismico  è  necessario  stimare  le  caratteristiche  meccaniche  dei  materiali  costituenti  la  struttura  attraverso  specifici  test  in  situ  i  cui  risultati  dovranno essere correttamente impiegati attraverso modelli di correlazione per la determinazione  delle  proprietà  meccaniche  necessarie  per  le  fasi  progettuali.  Inoltre,  per  la  valutazione  del  comportamento  nel  tempo  della  struttura  in  oggetto  possono  essere  impiegate  tecniche  di  monitoraggio  sia  per  monitorare  lo  sviluppo  di  eventuali  quadri  fessurativi  che  per  la  determinazione  delle  caratteristiche  dinamiche  della  struttura.  Negli  ultimi  anni  sono  stati  sviluppati  nuovi  strumenti  di  misura  ed  acquisizione  dati  (basati  sulla  tecnologia  MEMS)  che  permettano il trasferimento real‐time dei dati (wi‐fi, ethernet, etc.). Tali strumenti consentiranno  una più semplice gestione dei dati ed il loro filtraggio in base alle proprietà richieste (ad esempio  in  prove  dinamiche  picchi  di  risposta  in  un  certo  arco  temporale),  incrementando  dunque  la  possibilità  di  impiego  di  tali  tecniche  con  una  riduzione  dei  costi  di  gestione  dei  test  di  monitoraggio.  

In  merito  alla  progettazione  dell’intervento  di  adeguamento  o  miglioramento  sismico  delle  strutture, fra le diverse tecniche per il rinforzo strutturale, risultano particolarmente performanti i  rinforzi  attraverso  l’impiego  di  materiali  innovativi  come  ad  esempio  i  compositi  FRP  (Fiber  Reinforced Polymer) e FRCM (Fiber Reinforced Cementitious Matrix). Tali materiali consentono di  incrementare  la  capacità  strutturale,  sia  in  termini  di  resistenza  che  in  taluni  casi  di  duttilità  strutturale  (incremento  della  capacità  della  struttura  di  dissipare  energia  attraverso  la  deformazione degli elementi). Gli FRP sono indubbiamente adatti per il rinforzo di travi, pilastri e  connessioni  travi  pilastri  in  cemento  armato  poiché  in  grado  di  sostenere  elevati  sforzi  [5].  Gli  FRCM  sono  invece  particolarmente  vantaggiosi  per  il  rinforzo  di  pareti  murarie  con  comportamento  bi‐direzionale.  In  tal  caso  le  forze  in  gioco  risultano  inferiori  ed  è  possibile  realizzare il composito attraverso delle reti in fibra di Carbonio, Vetro, Aramide, Canapa, ecc., con  un’ampia maglia e conseguentemente un costo ridotto del materiale. Alcuni di tali materiali sono  già attualmente in uso nel mercato edilizio, ma risulta ancora carente la conoscenza delle effettive  performance  degli  stessi.  Sarebbero  dunque  necessarie  delle  ampie  campagne  sperimentali  che 

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consentano di definire standard nazionali e metodologie per la certificazioni di tali materiali, che  potrebbero portare anche alla definizione di nuovi e più efficienti sistemi di intervento. 

Oltre alla necessità di garantire la sicurezza delle strutture esistenti, è di equivalente importanza il  livello di sicurezza e la durabilità delle nuove costruzioni (Life Cyclic Assessment LCA). Oggigiorno,  si  sviluppano  sistemi  costruttivi  multi‐performance  a  cui  viene  richiesto  di  possedere  alte  prestazioni  in  termini  di  efficienza  energetica,  efficienza  acustica  e  sicurezza  strutturale.  Inoltre,  una  delle  richieste  del  mercato  delle  costruzioni,  perché  il  sistema  sia  considerato  competitivo,  riguarda la semplicità e la velocità di “messa in opera” di tali sistemi in modo da contenere i costi  di  cantierizzazione.  Per  i  motivi  descritti,  in  fase  di  sviluppo  e  progettazione  di  nuovi  sistemi  strutturali è necessario l’impiego di conoscenze interdisciplinari a supporto delle idee proposte a  livello sia regionale che nazionale. 

iii. Fattibilità 

I laboratori della Rete Alta Tecnologia possiedono le competenze necessarie per lo sviluppo della  traiettoria in oggetto. Negli ultimi anni i centri di ricerca regionali hanno in parte sviluppato alcune  delle metodologie e tecnologie indicate. Nel settore delle costruzioni la ricerca industriale prevede  l’interazione e lo scambio tecnologico fra i centri di ricerca e il mondo industriale rappresentato  dalle  aziende  produttrici  di  materiali  o  di  sistemi  costruttivi,  dalle  imprese  di  costruzioni  e  dai  progettisti [6], [7]. Ciò consente un immediato trasferimento tecnologico dai centri di ricerca alle  imprese. 

Il finanziamento della ricerca nel settore delle costruzione, che attualmente sta soffrendo per una  forte contrazione del mercato immobiliare, avrà una ricaduta positiva per le aziende regionali che  vogliano  investire  sulla  produzione  di  sistemi  costruttivi  di  qualità  o  sistemi  di  rinforzo  per  l’adeguamento/miglioramento sismico. Lo sviluppo delle metodologie e delle tecnologie collegate  alla  sicurezza  strutturale,  oltre  alle aziende  produttrici  regionali,  coinvolgono  diversi  soggetti  del  settore:  centri  di  ricerca,  progettisti,  imprese  di  costruzioni,  laboratori  e  produttori  di  materiali,  proprietari di grandi patrimoni immobiliari. 

Fonti 

[1]  Legge  regionale  Emilia  Romagna  n.19  2009.  Misure  urgenti  per  il  rilancio  economico,  per  la  riqualificazione  del  patrimonio esistente, per la prevenzione del rischio sismico e per la semplificazione amministrativa. 

[2] Legge del 1 agosto 2012 n. 122. Conversione in legge, con modificazioni, del decreto‐legge 6 giugno 2012, n. 74,  recante  interventi  urgenti  in  favore  delle  popolazioni  colpite  dagli  eventi  sismici  che  hanno  interessato  il  territorio  delle province di Bologna, Modena, Ferrara, Mantova, Reggio Emilia e Rovigo, il 20 e il 29 maggio 2012. 

[3] D.M. 14 Gennaio 2008. Norme Tecniche delle Costruzioni. 

[4] Eurocode 8 (1998): Design of structures for earthquake resistance ‐ Part 1: General rules, seismic actions and rules  for buildings. 

[5]  CNR‐DT  200/2004.  Guide  for  the  Design  and  Construction  of  Externally  Bonded  FRP  Systems  for  Strengthening  Existing Structures ‐ Materials, RC and PC structures, masonry structures. 

[6] Report di Frost&Sullivan M6A0‐18, June 2012. 

[7] Report di Frost&Sullivan ADAS NA2F, May 2012. 

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